Arquitetura de Estruturas do Carrinho de Transporte de Baterias

A arquitetura da estrutura do carrinho de transporte de baterias foi projetada para atender os requisitos de transporte seguro, carregamento eficiente e suporte mecânico robusto das baterias utilizadas na competição Fórmula SAE. A estrutura é composta de materiais leves e resistentes com o objetivo de permitir a integração com os sistemas eletrônicos do projeto. O carrinho conta com 5 subsistemas sendo eles: Estrutura, Compartimento do acumulador, Locomoção e rodas off-road, sistema de Freios e por último Painel de controle e Compartimento do carregador, além de contar com um extintor de incêndio para proteção contra possíveis acidentes. Este documento detalha os principais subsistemas da estrutura e suas funções.

Estrutura do Carrinho

A estrutura principal do carrinho será composta basicamente de perfis de aço tubular quadrado, devido ao seu excelente custo-benefício, alta resistência mecânica e facilidade de montagem. Os perfis escolhidos possuem seção transversal de 30 mm x 30 mm, com espessura de parede de 1,2 mm, proporcionando rigidez e suporte adequados para o transporte seguro das baterias e dos sistemas eletrônicos associados.

Para garantir a união estável e durável entre os perfis, será utilizada solda MIG (Metal Inert Gas), por ser de mais fácil manuseio além de ser mais eficiente em termos de tempo e acabamento em comparação a outros métodos de soldagem. A solda será aplicada nos vértices da estrutura para garantir o alinhamento e evitar deformações durante a montagem criando assim uma estrutura monolítica, aumentando a resistência a forças de torção e impactos.

Para maior durabilidade e resistência à corrosão, considerando a possibilidade de exposição a intempéries durante a competição, a estrutura será pintada com tinta para garantir uma proteção adicional contra ferrugem e desgaste.

Funções da Estrutura

A estrutura desempenha papeis fundamentais no funcionamento e segurança do carrinho, sendo projetada para:

Suporte mecânico: Sustentar o peso de todos os componentes sendo eles o acumulador de baterias e o sistema de carregamento, sistema de frenagem e todos os demais componentes.
Organizar os componentes: Facilitar a organização dos subsistemas eletrônicos e mecânicos, otimizando a disposição dos equipamentos visando o espaço e tamanho do carrinho.
Absorver vibrações e impactos: Reduzir a transmissão de choques e vibrações para os sistemas sensíveis, protegendo os componentes e aumentando a confiabilidade do equipamento.

Compartimento do Acumulador de Baterias

O compartimento das baterias foi desenvolvido com foco em segurança, e robustez, garantindo proteção mecânica e elétrica às baterias utilizadas no projeto. A estrutura foi projetada para acomodar o acumulador, permitindo variação na sua localização no carrinho conforme as necessidades na competição e com a variação das baterias disponíveis. O acumulador pode ser posicionado tanto na parte inferior quanto na parte superior do carrinho, nas duas partes a estrutura de aço será revestida com MDF para garantir o isolamento elétrico entre o carrinho e o acumulador, além das barreiras de proteção lateral evitando acidentes e descargas elétricas.

Características e Funcionalidades do Acumulador de Baterias

Isolamento Elétrico: O revestimento em MDF elimina a possibilidade de descargas elétricas.
Proteção Mecânica: Estrutura resistente a choques e vibrações comuns em terrenos irregulares, evitando danos às baterias durante o transporte.
Suporte mecânico: Os compartimentos foram dimensionados para suportar o peso das baterias e oferecer espaço interno para organização dos cabos e conectores.
Portabilidade e Segurança: O design facilita a remoção e instalação das baterias, garantindo a segurança.

Movimentação e Rodas Off-Road

A movimentação do carrinho foi projetada para proporcionar uma locomoção em terrenos variados, garantindo mobilidade, segurança e estabilidade. Este subsistema é composto por duas rodas traseiras de garfo fixo e duas rodas dianteiras com um garfo de rodízio giratório. O conjunto roda-pneu deve suportar o peso total das baterias e dos componentes do sistema de carregamento, além de absorver impactos provenientes de superfícies irregulares. As rodas off-road são combinadas a um sistema de rodízio giratório nas rodas dianteiras para garantir a movimentação em qualquer direção.

Funcionalidades da Movimentação e Rodas Off-Road

Locomoção: As rodas dianteiras integradas a um sistema de rodízio giratório permitem que o condutor faça movimentações em qualquer direção com facilidade.
Mobilidade em Terrenos Irregulares: Rodas off-road com pneus de borracha podem enfrentar obstáculos como pedras, buracos e desníveis sem comprometer a estabilidade.
Capacidade de Carga Elevada: O conjunto de pneus e rodas utilizados suporta o peso combinado das baterias, componentes eletrônicos e estrutura, com margem de segurança para cargas adicionais.

Sistema de Freio

O sistema de freio foi projetado com foco na segurança operacional do carrinho, garantindo que ele possa parar de forma automática mesmo em terrenos inclinados ou irregulares. Composto por manetes, conduítes, cabo de aço, pinças de freio, pastilhas de freio e uma mola para a ação autônoma do freio, a integração desse sistema nas duas rodas traseiras proporciona uma redundância na segurança da estrutura e dos componentes do carrinho. Seu design é baseado em soluções simples, adaptando um sistema de freio a disco comumente usado em bicicletas às demandas específicas do projeto.

Funções Principais do Sistema de Freio

Freio Automático: O sistema é ativado automaticamente, com as pinças de freio acionadas constantemente por meio de uma mola. Através de uma manete (alavanca mecânica), o usuário desativa o freio; ao movimentar a alavanca, o cabo de aço conectado entre a manete e as pinças libera o freio, permitindo a movimentação do carrinho.
Redundância nas Rodas Traseiras: O sistema foi acoplado às duas rodas traseiras de maneira independente. Em caso de falha em um dos sistemas, o outro continua funcionando, garantindo maior confiabilidade ao sistema de freio.

Painel de Controle e Compartimento do Carregador

O painel de controle é o local destinado na lateral do carrinho para o compartimento de eletrônica, os botões e sistemas de controle do sistema de carregamento. O compartimento do carregador é o local projetado para fixar o carregador de baterias. Esse subsistema foi desenvolvido para oferecer acessibilidade e organização, com proteção elétrica. Além disso, uma tela foi adicionada para melhor controle do carregamento e visualização de informações adicionais.

Características do Painel de Controle e do Compartimento do Carregador

Compartimento do Carregador: Localizado internamente na parte frontal do carrinho, o compartimento garante o isolamento elétrico do carregador, além de protegê-lo contra impactos com um design robusto.
Botão de Emergência: Um botão de grande visibilidade e fácil acesso, permitindo a interrupção imediata da energia em situações críticas, garantindo a segurança do sistema e dos operadores.
Interruptores e Indicadores Visuais: Interruptores para ligar/desligar o sistema e alternar modos de operação, além de LEDs e outros indicadores visuais que mostram o estado de carregamento, status do sistema e alertas de falha.
Organização: Compartimento projetado para organizar cabos e componentes eletrônicos, prevenindo interferências e facilitando a manutenção.

Informações e Imagens sobre o documento de arquitetura abaixo:

Imagem Distribuição de forças sobre a estrutura

Versionamento

Versão	Data	Modificação	Autor
0.1	20/11/2024	Criação do documento	Carlos Eduardo, Gabriellen Ferreira , Ismael Andrade e Kleyson Silva
1.1	12/01/2025	Correção documento	Erick levy e Rodrigo Carvalho
1.2	18/02/2025	Correção final entrega	Erick levy e Rodrigo Carvalho